装配式预应力砼箱梁桥设计

装配式预应力砼箱梁桥设计

摘要：对装配式预应力砼箱梁桥设计从适用范围、上部布梁方式、上下部构造、结构计算等方面进行简要的分析和总结。

关键词：装配式预应力砼箱梁 后张法设计 装配式预应力砼箱梁桥（以下简称小箱梁）是近十多年来我国桥梁建设中出现的一种中小跨径桥梁形式，并在国内高速公路建设中广泛采用。

一．适用范围及结构优缺点：

（一） 适用范围及结构形式

小箱梁多用于中小跨径桥梁，跨径一般在20~40米，交通部对于20/25/30/35/40米标准跨径也颁布了通用图。小箱梁采用后张法，结构体系一般为先简支后结构连续，先简支后桥面连续结构小箱梁在国内较少采用，但由于施工方便、工艺简单，也有部分省份采用，立交区变宽桥梁因相邻孔梁片数不同也采用简支结构小箱梁。

小箱梁一般在上跨等级公路/铁路且与主线有一定交角的桥梁中采用，小箱梁有较大跨越能力，斜置角度大，整体性好，外观较美观，施工期间对桥下道路影响小，造价较低，是上跨公路/铁路且与主线有一定交角桥梁的较佳桥形。

由于小箱梁可通过调整纵向湿接缝宽度实现较大幅度的桥面宽度变化，因此在立交区变宽桥梁中也越来越广泛采用。

（二）结构优缺点

与T梁及现浇连续箱梁相比，小箱梁有以下优点：

1． 装配式预应力砼箱梁与同跨径T梁及现浇连续箱梁相比造价经济，以25～35米孔径为例，各种桥型的每平米造价如（表1）

2．适应角度范围大：小箱梁设计角度一般在0～45度，T梁设计角度一般不大于30度，现浇连续箱梁受自身特点限制一般为正交，因此小箱梁结构更适应大斜交桥梁。

3．梁高较低，：以30m跨径为例，小箱梁梁高1.6米，现浇连续箱梁梁高1.8米，T梁梁高2.0米，较低的梁高对于桥下净空受限的桥梁更适用。

4．与T梁相比抗扭刚度大、整体性好，桥梁断面布置中梁片数较少、自重较轻，外形更美观。

小箱梁也存在以下缺点：

1．箱梁吊装重量较重，以30m跨径为例，小箱梁最大吊装重量94吨，T梁最大吊装重量为89吨。

2．平面位于曲线的桥梁当斜角较大时，横向布梁设计中需考虑相邻桥孔梁轴线对齐，否则墩顶负弯矩钢束施工困难，横向布梁方式较为复杂。

3．容易出现沿预应力管道的纵向裂缝。

4．箱内空间小，砼一次浇注内模拆除相对麻烦，箱内质量不便于检验。

二．箱梁设计：

（一）横桥向布梁设计

位于曲线的装配式梁板结构桥梁必须进行横向布梁设计，即在平面图中将各孔每片梁布置出，以确定出每片梁的梁长、边梁悬臂长度，保证横向箱梁布置满足桥梁上部断面尺寸需要。在确定上部箱梁位置基础上，将墩台盖梁尺寸、桩柱位置、支座/垫石位置、挡块位置确定下来。横向布梁设计是否合理，是桥梁设计成败的关键，不合理的布梁设计既会导致下一阶段上下部结构设计麻烦，也会导致施工期间箱梁安装、横隔梁浇筑困难，严重的会导致桥梁报废，因此桥梁设计中一定要重视横桥向布梁设计。

1．斜交角较小的单幅桥一般采用箱梁轴线平行布置：从桥中心开始按预定梁间距向两侧平行布置，此种布置方式边梁悬臂尺寸最接近，纵向湿接缝等宽，相邻桥孔对应梁轴线错开较少。

2．斜交角较小的双幅桥一般采用箱梁轴线平行布置：从每幅桥最外侧开始按预定梁间距向中分带平行布置，此布置相邻桥孔外边梁对齐，较美观，中分带边梁虽错开较多，但在视线外不影响美观。此布梁方式应核查中分带侧相邻桥孔梁轴线错开情况，一般控制在7cm 以内。

3．斜交角较大且位于小半径曲线的桥：如按梁轴线平行布置会导致相邻桥

孔边梁轴线错开较多，墩顶负弯矩钢束施工困难。一般采用非平行布置：即每个墩顶沿墩轴线方向定出边梁梁位，假定两边梁轴线间距离为L，拟定梁片数为N，在墩轴线方向墩顶处梁间距为L/（N-1），将各墩顶处梁轴线位置依次连线得出每孔各梁轴线位置。此种横向布梁方式保证相邻桥孔在墩顶处对应箱梁轴线完全对齐不错开，外观美观，缺点是各梁轴线不平行，纵向湿接缝不等宽。

（二）纵桥向箱梁布置：

曲线梁桥，每孔梁长变化在±15cm范围时，可保持预制梁长不变，调整墩顶现浇连续段宽度，每孔梁长变化在±50cm范围时，可调整预制梁长，墩顶现浇连续段宽度不变。墩顶现浇连续段宽度一半不宜大于50cm。

（三）上下部结构尺寸：

小箱梁梁高一般为跨径的1/15～1/20，25m跨径梁高1.4m，30m跨径梁高1.6m，35m跨径梁高1.8m。腹板及顶底板厚度跨中18cm，支点附近25cm，简支端横隔梁厚25cm，跨中横隔板厚20cm（10m设一道），箱梁底板宽100cm，梁间湿接缝宽度40～80cm。III类及以上环境，腹板及顶底板厚度可适当增加。

小箱梁下部结构设计应注意桥墩盖梁悬臂不宜过长，因与空心板、T梁相比梁片数少，箱梁自重较重，盖梁悬臂较大会导致悬臂根部上缘弯矩过大配筋多，悬臂长度不宜大于2.5m。

（四）结构计算及钢束布置

小箱梁桥梁一般按部分预应力A类构件设计，桥面砼铺装可部分考虑参与结构受力。

活载跨中横向分配系数采用刚性横梁法、刚接板梁法、梁格法对比，取最大值。支点处横向分配系数采用杠杆法进行计算。

先简支后结构连续小箱梁基础不均匀沉降对结构受力影响较大，设计中应根据地质情况采用合理的沉降值，一般5～10mm。

竖向温度梯度效应：考虑沥青铺装层和桥面现浇层对温度梯度的影响，按现行规范取值。

预制箱梁钢束布置一般分为腹板束和底板束，第1层布置为底板束，其余层均按腹板束布置。钢束跨中竖向层间距大于1倍波纹管径，一般10cm左右，锚固端钢束布置应满足局部承压尺寸要求。

墩顶现浇连续段负弯矩钢束采用直线型，每片预制箱梁墩顶处布置3～5束，交替布置。